80m挂篮计算(单线)

第1章 设计计算说明1.1 设计依据1、连续梁施工图；2、公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000；3、钢结构设计规范GBJ17-88；4、路桥施工计算手册；5、桥梁工程、结构力学、材料力学；6、机械设计手册；7、铁路桥梁钢结构设计规范；1.2 工程概况本主桥为连续箱梁，主桥桥跨组成为48+80+48m的单箱单室连续梁。箱梁顶宽7.2m，翼缘板长1.6m，支点处梁高6.4m，跨中梁高3.6m，梁高及底板厚按二次抛物线变化。腹板厚80cm（支点）40cm，底板厚度为110（支点）46cm，顶板厚度32 cm。箱梁0#块梁段长度为6m，合拢段长度为2.0m,边跨直线段长度为7.75m；挂篮悬臂浇注箱梁最重块段为6#块，其重量为94.01t，计算时取为95t。该特大桥箱梁悬臂浇注段采用菱形挂篮施工。 1.3 挂篮设计1.3.1 主要技术参数、砼自重GC26kN/m3；、钢弹性模量Es2.1105MPa； 材料容许应力：1.3.2 挂篮构造挂篮为菱形挂篮，菱形桁片由228a普通热轧槽钢组成的方形截面杆件构成，前横梁由双HN450*200*9*14的型钢组成，底篮前托梁由双HN400*200*8*13 型钢组成，底篮后托梁双HN400*200*8*13 型钢组成，底篮腹板下纵梁为HN350*175*7*11的型钢，吊杆采用32精轧螺纹钢，吊带采用-25mm钢板（Q345）。主桁系统重9.25t、行走系统重5.4t、前横梁2.32t、底托系统6.67t、侧模及底模重13.7t、内模系统重1.74t、端模重0.5t（估算），吊杆及吊具重7.9t（估算），整个挂篮系统重47.12挂篮重与最大结块比值为0.45：1。1.3.3 挂篮计算设计荷载及组合 、荷载系数混凝土浇筑时超灌系数：1.05；混凝土浇筑时的动力系数：1.2；挂篮空载行走时的冲击系数1.3；浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数：2.0。、作用于挂篮主桁的荷载箱梁荷载：箱梁荷载取6#块计算。1#块段长度为4.0m，按95t计算载荷；施工机具及人群荷载：2.5kN/m2；挂篮自重：47.12t；、荷载组合荷载组合：混凝土重量+挂篮自重+振动力+施工机具及人群荷载；荷载组合：混凝土重量+挂篮自重+混凝土偏载+施工机具及人群荷载；荷载组合：混凝土重量+挂篮自重+风载；荷载组合：挂篮前行，挂篮自重+冲击附加荷载（0.3挂篮自重）+风载；荷载组合：挂篮后退，挂篮自重（去掉内模及内模滑梁）+冲击附加荷载（0.3挂篮自重）+风载；荷载组合：混凝土重量+挂篮自重+施工机具及人群荷载。荷载组合、用于挂篮结构的强度和稳定性计算；荷载组合、用于挂篮系统行走计算，荷载组合用于刚度计算（稳定变形）计算。1.3.4 内力符号规定轴力：拉力为正，压力为负；应力：拉应力为正，压应力为负；其它内力规定同结构力学的规定第2章 挂篮底篮及吊杆计算2.1 加强纵梁的计算取2#块计算，2#块梁段长度为3.0m，施工机具及人群荷载2.5MPa。混凝土超灌系数为1.05，混凝土动力系数为1.2。 经计算，钢筋混凝土比重取为GC26kN/m3。梁两端高度分别为5.762m和5.338m，加强纵梁间腹板宽0.6m（每边由2片纵梁承担）。腹板处混凝土线荷载为：底模板重量按1kN/m2计，模板荷载为：人群及机具荷载为：倾倒和振捣混凝土产生的荷载；加强纵梁上的均布荷载为：每根加强纵梁上的均布荷载为：底纵梁的受力及计算模型如图2-1所示 图2-1支点反力分别为RA=（49.542.5732.725/4.95）=77.51kNRB=（49.541.8682.725/4.95）=56.27kN最大弯矩腹板处纵梁选用HN350*175的型钢，截面特性参数为： 弯曲应力： f=145Mp ,满足要求。根据上述模型计算结果可得，纵梁在荷载作用下产生的最大竖向挠度为：44/400=11.1mm，满足整体变形要求。由以上计算可知，腹板下纵梁应力强度和变形条件均满足要求。2.2 普通纵梁的计算 计算普通纵梁强度取2#块计算，2#块梁段长度为3.0m，底板荷载由4根普通纵梁承受。底板混凝土荷载： 模板重量按1kN/m2计，模板荷载为：人群及机具荷载：倾倒和振捣混凝土产生的荷载：普通纵梁上的均布荷载为：每根普通纵梁上的均布荷载为：计算模型如图2-2所示：支点反力分别为RA=（26.132.5732.725/4.95）=40.89kNRB=（26.131.8682.725/4.95）=29.68kN最大弯矩底板处纵梁选用HN350*175型钢，截面特性参数为： 弯曲应力： f=145Mp ,满足要求。根据上述模型计算结果可得，纵梁在荷载作用下产生的最大竖向挠度为：495/400=12.3mm，满足整体变形要求。由以上计算可知，底板下纵梁应力强度和变形条件均满足要求。底模板横肋计算：每根普通纵梁上的均布荷载为：1/8q(l2)/w=1/8*15.7*(9002)/ 25325=62N/mm25ql4/（384EI）5*15.7*9004/(384* )0.6mm900/5001.8mm。2.3 托梁计算2.3.1浇筑状态后托梁计算荷载：由普通纵梁的计算可知，支座反力RA=40.89KN , RA=29.68KN，。因此前托梁承担底部荷载的42%，后托梁承担底部荷载的58%。对于后托梁：腹板处每根底纵梁的集中荷载：77.51kN 底板处的荷载：kN 采用SM-Slover计算前托梁受力分析如图（mm）图2-3前托梁计算简图图2-4前托梁弯矩图(单位:kNm)图2-5前托梁剪力图(单位:kN)后托梁采用双HN400*200型钢， 截面形式如图2-7所示，图2-6查表知截面特性参数为：弯曲应力： ，满足要求。单元4中心位移值满足要求。2.3.2吊带（杆）计算设前托梁所有荷载只由腹板两侧吊带承担，则每根吊带（杆）受力为：R+81780=N，吊杆用32mm精轧螺纹钢筋。吊杆强度验算： ，满足要求；吊带强度验算：吊带为25*150，采用Q345材料。销轴孔D50mm，销轴49.5mm，采用45#钢。销孔壁承压：cP/(d)/49.5/252131.4280，满足承压要求。销孔拉板计算：kN/（2a）1.4*/2/50/251480.85*215=182满足抗拉要求。销轴计算：销轴抗剪强度：16Q/3/(d2)16*/3/3.14/(49.52)/292145，故满足要求。RA90927N；RBN，为上横梁作用力。支座反力总计为：N。2.3.3行走状态后托梁计算风载：1000 Pa，取沿海地区最大风载荷。冲击荷载系数取1.3底模模板荷载:1.3=2.25N/mm底托承担侧模重量的1/8，:G2=10t101/81.3=16250N底纵梁荷载:=1720N底托自重：G4=226210/1.3=0.226N/mm受力计算简图弯矩图剪力图位移计算前、后托梁采用2 HN400*200*8*13，杆件的截面性质如下：荷载条件不变，则弯曲应力： ，满足要求。最大剪应力：,满足要求。最大变形在单元2处，杆件型变量（mm）跨中最大变形为：21mm12400/50024.8mm。故，强度、刚度均满足要求。其中：RARB35160.82+67.835228.62N，为上横梁的作用力。2.4 前横梁计算2.4.1浇筑状态前横梁计算由底托梁可知RA90927N；RBN，为上横梁作用力。P1（98280+54000）*4670048.8NP2=RA90927N P3= RBNP4（81432+35490+11060）*4658871.72N材料：双HN450*200的型钢，查表可知截面参数：A0=19482.0 mm2 Ix=mm4 Wx=.6mm3图2-10弯矩及支点反力由力学求解器计算得见图2-11 图2-11前横梁弯矩图(单位:kNm)图2-12前横梁剪力图(单位:kN)145Mp最大剪应力：,满足要求。图2-13前横梁位移图(单位:cm)最大变形在跨中1/2处，5.4mm6220/1000，故，刚度满足要求。前横梁支座位置处的支座反力为：RARB.72+.8.52N。为菱形架的作用力。2.4.2行走状态前横梁计算挂篮行走时，前横梁作用力为行走状态前托梁的反力：RARB35228.62N，为上横梁的作用力。 受力简图弯矩图剪力图弯曲应力： ，满足要求。行走时，前横梁跨中最大变形值为3.6mm6220/10006.22mm， 悬臂端最大变形为10.6mm3390/25013.56mm，故，刚度满足要求。此时的支座反力为RARB35228.62N。第3章 挂篮主桁架计算取2#块计算，2#块梁段长度为3.0m，重量为88.03t，按95吨计算结构受力。施工机具及人群荷载2.5kN/。 1. 后锚杆的抗倾覆安全计算 混凝土重量+超载：前吊点近似承担混凝土荷载的43%，即： =114043%=490.2kN 挂篮荷载：前横梁重1.9x10=19KN ；前吊点承担底篮、侧模、内模、端模、操作平台的43%荷载：P1=34.021043%=146.29kN 前吊点承担人群和机具荷载的43%，P2=2.531243%=38.7kN 倾倒和振捣混凝土荷载的43%，P3=431243%=61.92kN单片主桁前吊点荷载主桁架受力简图如下图所示： 25mm的精轧螺纹钢筋抗拉强度为298KN，采用7根钢筋后锚，F=298*7*70=3910.2KN，设后锚力为Q，则：378.06x4.9=Qx4.2解得：Q=441.07KN 安全系数S=3910.2/441.07=8.92，满足抗倾覆要求！2反扣轮的安全计算 行走受力计算挂篮空载前移时，只靠反扣轮及配重平衡其倾覆力，每个反扣轮的极限承载力为70KN。挂篮的底模系、侧模、内模、端模、吊带系统以及操作平台等总重35.88吨，故作用于主构架前吊点的荷载为：P1=35.8850%=17.94t，挂篮前进时冲击荷载系数取1.3，单个前吊点荷载为：P=17.79101.3/2=116.61kN 主桁结构计算简图如下图所示设反扣力为Q，则：116.06x4.9=Qx4.2解得：Q=135.41KN每片桁架后有两对反扣轮，则每个轮子承载的压力为：135.41/4=33.86N2.0，符合要求。 反扣轮轮压的局部影响及计算行走轨道为225b槽钢上焊有-20mm盖板及-4mm厚不锈钢板，下焊有-10mm盖板，且两槽钢之间有横向加强筋，集中轮压P在腹板上边缘引起的局部挤压力悬臂梁计算：最大弯矩 M=Px=12.20.080.9KNm弯曲应力 ，满足要求。3. 杆件内力计算3.1 浇筑状态杆件稳定性计算主桁各杆件均由普通热轧228a槽钢组成图3-2所示的截面形状，截面特性如下：A8004，Imm4 计算简图 轴力图2单元1-3杆件内力较大，同时此杆件为压杆长度为：5161mm，惯性半径为： 查表并用插入法查得0.917由稳定条件可知：，故BD杆稳定性满足要求。3.2 浇筑状态变形量计算根据公路桥涵施工技术规范允许最大变形量为20mm。按1.2倍荷载进行预压，则主构架前端受力为：P=1.2378.06KN=453.7KN由力学求解器计算解得，CD杆D 端的纵向位移值v=11.9mm20mm，由于各杆件均为铰接，其杆端位移值均在杆件的弹性形变范围内。吊杆的形变量在做挂篮的混凝土荷载实验时，应记录相关数据，作为浇注各混凝土时的位移提前量的依据，每次浇注时，应将吊杆的形变量计算在千斤顶所调节吊杆高度数值以内，由此抵消吊杆因受拉变形而引起的杆端位移值变化。结构件的整体变形为前横梁，底托梁，菱形架以及吊杆的变形的累加前横梁的跨中最大变形为：15.4mm，受力最大位置处变形为：10.6mm底托梁的跨中最大变形为：20.53mm菱形架的最大变形为：311.9mm吊杆的最大变形为：4FL/(EA)*10860/（3.14*25*25/4）27mm总变形为：1+2+3+40.6+0.53+11.9+2740.03mm3.3 主构架销轴计算销轴采用40Cr,其许用剪应力=234,销轴直径采用D=79mm1.销轴抗剪强度验算:=219.6MPMP 满足要求。2.抗弯强度计算：按简支梁计算 ，所以满足要求。3.销孔拉板的计算销孔的直径是D=80mm，P=/2=N，解得：=26mm由于是两边同时承受力，所以一边销孔拉板厚度是13mm，安全系数不小于2.0,每边销孔拉板的厚度设为36mm，因此20mm厚节点板外焊接-16mm厚补强板，槽钢壁厚不小于拉板厚度，因此腹板处焊接-10mm方形补强板和-16mm厚圆形补强板。4侧面吊架的计算 侧面吊架上弦杆由120*120*6方管，下弦杆由220槽钢，腹杆由120*60*6方管组焊而成。侧面吊架在挂篮行走时主要承受后托梁及相应的模板的重量。荷载为底托行走时的支反力：RAP=35228.62N，侧面吊架与主构架之间是采用销轴连接。计算如下：下弦杆计算：下弦杆为压弯结构：N/A+M/W11519.31/5689+.43/31.1N/mm2145 N/mm2刚度计算：1.8mm1300/5002.6mm，满足变形要求。e) 销轴强度计算抗剪强度计算：销轴采用40Cr,其许用剪应力=234,销轴直径采用D=39mm，满足受力要求。抗弯强度计算：按简支梁计算 ，所以满足要求。f) 销孔拉板的计算 销孔壁承压应力验算 销孔的直径是D=40mm，P=49878/2=24939N解得：=3mm由于是两边同时承受力，所以一边销孔拉板厚度是6mm，安全系数不小于2.0，每边销孔拉板厚度设为16mm，槽钢壁厚不小于拉板厚度，故腹板焊接10mm厚补强板。5、行走轨道锚固间距为1000mm时计算挂篮行走时，冲击荷载取1.05，每侧轨道承担的荷载为：P=32101.0525%=84KN行走轨道采用225b，轨道锚固钢筋采用25mm精扎螺纹钢筋。轨道截面性质：计算简图弯矩图剪力图弯曲应力： ，满足要求。最大剪应力：,满足要求。支座反力为R=42KN验算轨道锚固钢筋强度 ，满足要求。6、主构架节点板焊缝强度计算焊缝剪应力按下式计算：P节点板焊缝所受力；a一般取0.7K，为4.2K焊缝高度mm，最小板材厚度为28b的腹板厚度9.5mm，则K=0.7x9.56mml焊缝长度mm；-角焊缝许用剪切应力，取118MP。前节点板焊缝计算，满足焊缝的受力要求。中上节点板焊缝计算，满足焊缝的受力要求。中下节点板焊缝计 ，满足焊缝的受力要求。后节点板焊缝计算，满足焊缝的受力要求。7、竖杆轴心受压稳定性计算浇注混凝土状态，竖杆轴力为P=504KN。惯性半径为： 查表并用插入法查得由稳定条件可知：，故竖杆稳定性满足要求。